高压电驱动总成现规模效应,主机厂、供应商、新势力谁先起飞?

盖世汽车沈逸超 2021-12-15

工信部发布的11月汽车销量显示,1-11月间,新能源汽车累计产量突破300万辆,已超出预期。

工信部发布的11月汽车销量显示,虽受车用芯片供应短缺等不利因素影响,我国汽车产销同比呈下降趋势,但是1-11月间,新能源汽车累计产量突破300万辆,已超出预期。在电动汽车逐渐形成规模效应的前景之下,电驱动集成系统有望成为继动力电池之后又一个超千亿级规模的市场。

对于这块诱人的“蛋糕”,除了传统OEM和tier1/tier2投身于电驱动总成,也有许多新势力强势介入。本文将对电驱动集成系统发展趋势、未来展望与时下热门话题进行探讨。

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图片来源:中国汽车工业信息网

电驱动总成有两大趋势:高度集成化、高压化

过去电驱动是以模块式产品的形式呈现,但集成式电驱动系统在轻量化、总成效率、成本等方面具有明显的优势,所以电驱动总成呈现的第一个趋势就是集成化。

目前新能源汽车电驱动系统可分为六大模块,分别是电机控制器、驱动电机、减速器、DC-DC 转换器、车载充电机(OBC)、高压配电单元。前三者可以被称为“驱动总成”、后三者则被称为“电源总成”。

将电驱动总成与人类类比,电机控制器是大脑、驱动电机是中枢神经、减速器是驱动安全的控制器。因为这三者之间连结较为紧密,所以目前行业内比较常见的是将以上三个模块从独立单体向“三合一”整合。目前的新能源车型如Model 3、蔚来 ES8、比亚迪元 EV360都使用了三合一驱动总成。

除了以上可组成“三合一”电驱动总成之外,他们与DC-DC 变换器、车载充电机、高压配电单元PDU进行组合,将这些模块经过排列组合,也延伸出了“五合一”、“七合一”等集成形式。

同时为了适应新能源汽车快速发展对驱动系统提出了更高的要求,电驱动总成也呈现出了高压化这一趋势。

如何实现高压化,目前有两个方向。第一是功率器件,目前我国已经具备800-1200V功率半导体的产业成熟度,不过仍然需要继续开发更大功率、耐高压的功率半导体。通过增加功率半导体的电压使汽车百公里能耗提高并节约电能。第二是充电桩,当前250A/400V的充电桩只能满足100kW的充电功率。而增高电压到800V后,可以到达200kWh。通过增高充电桩的电压来增加汽车的续航里程。

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碳化硅二极管;图片来源:Nexperia

产业风起,多方势力掀起整合浪潮

新能源电动车的关键技术包括电池和电驱动两个方面,其中电池技术和产能技术门槛较高,难度相当于IT界的CPU级芯片,目前还是由宁德时代、LG化学、松下等传统电池大厂垄断,其他企业较难进入。

电驱动总成虽然没有像电池那么难以攻克,但其在技术、研发、集成度上都对企业提出很高的要求。在技术上,电驱动总成的热管理、电机油冷技术、碳化硅应用、电磁干扰、故障率高等技术问题尚未得到解决。在研发上,其成本较高,对资金要求过大,也阻碍了一般规模的企业涉足电驱动领域。

因此,在电驱动领域,不仅有许多实力较强的tier1/tier2和OEM抢占这块技术高地,也有一些像是华为、美的这样的大规模企业强势入局。不过值得注意的是,这些新入局的企业大都还是以供应商的身份来提供解决方案。

目前,汽车产业变化翻天覆地,产业格局随之而动,为此新能源电动车在OEM、tier1/tier2和新势力之间也掀起了整合浪潮。电机控制器、驱动电机、减速器为主的三合一/多合一电驱动总成正成为他们前进的方向。

未来还有一个值得观察的地方在于:随着汽车成为智慧城市、智能出行、智享生活的一个节点,汽车的定义也在被不断更新,所以智能汽车已经不再围绕动力总成来进行功能区分。前文提到的宁德时代、LG化学等电池巨头也带着构建完整整套解决方案的目标,想要进一步扩张其产业版图。此外,传统主机厂作为大玩家,则想要进一步把系统开发都纳入自制。他们具有更大的体量与更多的优势,是否会整块吃掉电驱动市场,也成为了观察的一个方向。

唯有不断创新迭代才是立身之本

不论是传统的OEM又或者是tier1/tier2,还是新入局的新势力。想要在这一场汽车产业大变局之中占据一席之地,除了需要有强大的资金支持之外,掌握核心技术,不断更新迭代,始终在这条赛道处于领先位置才是其根本。

盖世汽车作为产业的瞭望者,也将在2021第二届中国汽车动力总成电气化国际峰会上就电驱动总成问题,邀请了国内诸多专家学者,进行一次行业内深入的探讨。

对于OEM而言,先有长安汽车提出七合一电驱动系统,后有比亚迪顺应电驱动总成集成化这一趋势,创新性地集成了八合一电驱动系统。

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比亚迪海豚配备八合一电驱动总成;图片来源:比亚迪官网

在细分模块中,DC-DC 变换器负责将新能源汽车中低耗电用电器与高耗能用电器之间的转换;车载充电机在交流充电时,将外界的交流电转化为直流电,为动力电池充电;高压配电单元PDU负责电源分配与管理。他们对电驱动的续航能力,电能转化能力,电量分配能力和安全性都起到了关键性的作用。

因此专注于电驱动系统、车载/非车载充电系统、配电系统的天际汽车科技有限公司、目前正在汽车充电、续航和安全领域发展的华为数字能源技术有限公司,提供高压接插方案和新能源车传感方案的泰科电子(上海)有限公司,以及在电驱动总成提出热管理方案的马勒集团,将就电驱动总成在细分领域遇到的技术难点与突破进行分享。

同时,电控模块中功率器件的高压化作为另一发展趋势,SiC器件相比传统的IGBT,频率更高、开关损耗更小,可以让电驱动系统在高温、高压下保持高速、稳定运行。那么SiC器件在电动汽车电驱动市场该如何应用,也成为了业内技术讨论的焦点。罗姆半导体、英飞凌、法雷奥西门子等公司也将各显神通,提出他们的见解与方案。

我国拥有最大的汽车市场,如何利用好这一优势?只有不断培养跨学科的研发团队,创新迭代先进的技术、提高产能利用率与拓宽下游用户市场,中国汽车才能呈现旺盛的生命力。

科学技术没有捷径可走,需要漫长的研发积累过程。但是一旦突破技术瓶颈,将会为每一位用户带来焕然一新的体验,甚至是生活方式的革新。本次论坛的意义就是在于对前沿内容的分享,前瞻技术的把握、前方蓝海的探索,以推动行业不断前进。

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